ZKByte: Giải pháp mở rộng quy mô Bitcoin Layer2 không cần tin cậy bằng cách sử dụng kiến thức Zero và BitVM

Mục tiêu chính của thiết kế này là thiết lập mạng Lớp 2 được thiết kế riêng cho chuỗi khối Bitcoin. Mạng Lớp 2 dành cho BTC được thiết kế một cách chiến lược để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các giao dịch nhanh hơn và hiệu quả hơn trong hệ sinh thái Bitcoin .

Điều này đạt được bằng cách giảm tải một số tác vụ xử lý giao dịch nhất định khỏi blockchain chính, nhằm giảm bớt tắc nghẽn và giảm đáng kể thời gian cũng như nguồn lực cần thiết để xác nhận giao dịch.

Nhận thấy những hạn chế cố hữu trong khả năng tính toán của Máy ảo Bitcoin (VM), thiết kế của chúng tôi sử dụng BitVM, điều này chứng tỏ tiềm năng thực hiện hợp đồng thông minh giữa hai bên. Tận dụng kế hoạch thách thức và phản hồi, BitVM giới thiệu một cách tiếp cận mới để nâng cao khả năng lập trình của mạng Bitcoin, khắc phục các hạn chế truyền thống.

Để nâng cao tính bảo mật và tính toàn vẹn của mạng Lớp 2, việc xác minh trạng thái được hỗ trợ thông qua việc tích hợp các công nghệ Zero-Knowledge Proof.

Các kỹ thuật mã hóa tiên tiến này cho phép Lớp 1 xác minh hiệu quả các trạng thái của mạng Lớp 2 mà không ảnh hưởng đến quyền riêng tư và bảo mật của các giao dịch cơ bản.

0. Kiến trúc

Chuỗi khối lớp 2 áp dụng mô hình tài khoản. Toàn bộ trạng thái của blockchain được chứng minh thông qua zkVM, dựa trên hệ thống chứng minh Halo2. Trạng thái Lớp 2 được đồng bộ hóa với mạng Bitcoin và tất cả các trạng thái Lớp 2 được xác minh bằng trình xác minh Bằng chứng không kiến thức (ZKP) do BitVM triển khai. Một UTXO được sử dụng để theo dõi tất cả các trạng thái của Lớp 2. Ngoài ra, một nhà tiên tri đáng tin cậy được sử dụng để đảm bảo rằng chỉ các tập lệnh khóa/mở khóa của UTXO đầu vào/đầu ra tuân theo giao thức Lớp 2.

1. Ủy ban lớp 2 & Oracle đáng tin cậy

Một nhóm người dùng được chọn sẽ thành lập ủy ban Lớp 2 chịu trách nhiệm theo dõi tình trạng chung của mạng Lớp 2. Trong trường hợp có vấn đề về giao thức, ủy ban có thể can thiệp để dừng giao thức và bảo vệ tất cả tài sản của người dùng. Nhà tiên tri đáng tin cậy đóng vai trò quan trọng trong việc xác thực tính chính xác của các tập lệnh và UTXO đầu vào/đầu ra.

2. Lớp 1 đến Lớp 2

Một địa chỉ taproot duy nhất được tạo trên mạng Bitcoin để thể hiện giao thức Lớp 2. Khi UTXO được tạo và chuyển đến địa chỉ taproot, UTXO tương ứng sẽ được 'di chuyển' một cách hiệu quả từ Lớp 1 sang Lớp 2. Các tài khoản giao thức hoặc ủy ban xử lý độc quyền việc 'chuyển giao' tất cả tài sản UTXO 'được gửi'.

3. Chặn đồng bộ hóa với lớp 1

Tất cả các trạng thái mạng Lớp 2 được đồng bộ hóa với Lớp 1 dưới dạng khối. Đối với một khối, thông tin sau phải được cung cấp: các giao dịch trong một khối cụ thể trạng thái của tài khoản mới với các giao dịch được áp dụng đó UTXO mới cho trạng thái khối hiện tại (luôn sẵn sàng ngay cả khi giao thức bị hỏng) thông tin khối của bằng chứng không có kiến thức về mạng Bitcoin ( chứng minh việc chuyển trạng thái từ khối cuối cùng sang khối hiện tại là chính xác) Tất cả các trạng thái đó trong Lớp 1 được ghi lại trong một lịch sử giao dịch UTXO.

3.1 Tìm hiểu thêm về bằng chứng

Bằng chứng không có kiến thức được sử dụng để xác minh tính chính xác của Lớp 2. Bằng chứng cố gắng chứng minh: Các giao dịch khối của Lớp 2 được ký chính xác. Trạng thái mới của tất cả các tài khoản được xử lý chính xác. Tất cả các khoản tiền gửi cho đến một khối cụ thể của Lớp 1 đều được xử lý chính xác. Đối với trạng thái hiện tại, tất cả các bản phân phối UTXO đều được tạo chính xác.

3.2 Chặn thông tin Thử thách

Để đảm bảo tính chính xác của thông tin khối được chỉ định trong Lớp 1, sơ đồ thách thức và phản hồi được sử dụng. Người chứng minh có thể chứng minh tính chính xác của thông tin khối bằng cách chỉ ra sự hiện diện của N khối nữa sau một khối cụ thể trong khoảng thời gian bị khóa.

3.3 Cải tiến mạch ZKP và BitVM

Như được minh họa trong bài báo BitVM, xác minh bằng chứng ZKP có thể được biểu thị dưới dạng một mạch nhị phân, có thể bị thách thức bởi hai bên. Với các giao dịch được ký trước, các thử thách có thể được gửi để nhận được các cam kết bit của mạch. Nếu 0 và 1 bị thử thách, người thách đấu sẽ thắng. Để sử dụng BitVM để xác minh xác minh ZKP, cần chú ý hai điều: cùng một cam kết mạch nhị phân phải được sử dụng một lần. Điều đó có nghĩa là, nếu các chú thích mạch giống nhau được sử dụng cho nhiều khối, thì cam kết 0 và 1 của một bit có thể bị lộ. Để xác minh ZKP, bên cạnh sự hài lòng của mạch, cũng cần kiểm tra “đầu vào công cộng”. Để xử lý hai thiếu sót này, đối với mỗi khối của Lớp 2, một mạch nhị phân duy nhất được tạo và “đầu vào công cộng” được cố định. Tập lệnh Bitcoin được sử dụng để xử lý việc băm và kiểm tra Đầu vào công khai. Và các cam kết bit đầu vào công khai chính xác được kiểm tra bởi nhà tiên tri đáng tin cậy. Về mức độ hài lòng của mạch, bất kỳ thành viên nào trong ủy ban đều có khả năng đưa ra các thách thức.

4. Lớp 2 đến Lớp 1

Tài sản có thể được chuyển từ Lớp 2 sang Lớp 1 thông qua hai phương thức: rút tiền và rút tiền bắt buộc. Giao dịch rút tiền được kích hoạt từ Lớp 2 và mạch ZKP đảm bảo xử lý giao dịch như mong đợi. Các giao dịch rút tiền bắt buộc được bắt đầu từ mạng Bitcoin.

4.1 Giao dịch rút tiền & buộc rút tiền

Các giao dịch rút tiền, được kích hoạt từ Lớp 2, được xác minh bằng mạch ZKP để đảm bảo xử lý giao dịch đúng cách. Các giao dịch buộc rút tiền, được bắt đầu từ mạng Bitcoin, phải được đưa vào bản cập nhật trạng thái khối tiếp theo. 4.2 Phân phối UTXO Khi trạng thái của một khối được cập nhật, phân phối UTXO được đồng bộ hóa. Trong trường hợp dừng giao thức, tất cả UTXO có thể được áp dụng để đảm bảo an toàn cho tất cả tài sản của người dùng. Và trong số các UTXO đó, chỉ có các UTXO rút hoặc buộc rút là được ký bởi giao thức.

5. Thoát khỏi lớp 2

Khi bằng chứng ZKP KHÔNG được xác minh, ủy ban phải tạm dừng và thoát khỏi giao thức. Nếu giao thức dừng, ủy ban đã ký tất cả các bản phân phối UTXO được chỉ định ở trạng thái khối mới nhất từ Lớp 2. Với chữ ký, người dùng có thể thoát khỏi Lớp 2 mà không bị mất.

Thẩm quyền giải quyết

1. BitVM: https://bitvm.org/bitvm.pdf
2. Sách trắng Bitcoin: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
3. Giải thích về Halo2: https://electriccoin.co/blog/explaining-halo-2/